Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne Nr 89/

Transkrypt

1 Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne Nr 89/ Marek Morawiec, JSW S. A. KWK Zofiówka, Jastrzębie-Zdrój Tadeusz Jędruś, Dariusz Macierzyński, ELGÓR+ HANSEN Sp. z o. o., Chorzów APARATURA BUDOWY PRZECWWYBUCHOWEJ DEDYKOWANA DO ZASLANA WYSOKOWYDAJNYCH SYSTEMÓW ODSTAWY UROBKU W PODZEMNYCH ZAKŁADACH GÓRNCZYCH WYDOBYWAJĄCYCH WĘGEL KAMENNY ELECTRC POWER SUPPLYNG AND SWTCHNG EQUPMENT OF EXPLOSON-PROOF DESGN DEDCATED TO HGHLY PRODUCTVE SYSTEMS OF R.O.M. HAULAGE N UNDERGROUND MNNG ENTERPRSES DEALNG WTH EXTRACTON OF HARD COAL Abstract: The paper presents power supplying and switching equipment with explosion-proof design dedicated to high-performance belt conveyors of the main haulage system in an underground mining enterprise dealing with extraction of hard coal. The acquired experience and suitability of the solutions are presented on the example of the system operated at the Hard Coal Mine Borynia-Zofiówka where two-speed motors are used to drive belt conveyors designed for regional haulage systems of the colliery. 1. Wstęp WyposaŜenie elektryczne jest jednym z najistotniejszych czynników decydującym o sprawności ruchowej, poprawności działania oraz bezpieczeństwie obsługi i eksploatacji maszyn górniczych w warunkach wprowadzonej koncentracji wydobycia urobku i polityki ekonomicznej. Niezbędnym warunkiem do osiągnięcia powyŝszych celów staje się zastosowanie niezawodnych i jednorodnych urządzeń. WaŜnym czynnikiem są moŝliwie niskie koszty ich pozyskania i eksploatacji z jednoczesnym zapewnieniem bezawaryjnej pracy [1]. Tylko takie urządzenia w tym przenośniki taśmowe odpowiedzialne za odprowadzenie urobku z oddziału wydobywczego mogą zagwarantować wzrost wydajności zakładów górniczych. Ograniczenie awaryjnych przestojów zbyt częstych przeglądów, umoŝliwia ograniczenie ilości zatrudnionych pracowników co pozwala na określenie wymiernych korzyści [7]. Zasadnicze problemy związane z eksploatacją przenośników taśmowych dotyczą [2]: nadmiernych spadków napięcia sieci zasilającej w czasie rozruchu, oporów statycznych związanych długością przenośnika taśmowego i/lub koniecznością rozruchu załadowanego przenośnika, odstawy urobku przy zróŝnicowanym załadowaniu przenośnika, zbyt wysokiego naciągu górnej taśmy przenośnika, Najnowsze rozwiązania techniczne umoŝliwiają zastosowanie regulacji prędkości, w tym ograniczenie prądu rozruchu, w czasie rozruchu maszyny lub ciągłą regulację prędkości w zaleŝności od nadawy urobku. Niestety, polskie zakłady górnicze wydobywające węgiel kamienny w układzie swoich wyrobisk odstawczych wielokrotnie spotykają się z takim układem chodników odstawczych, w których nie sposób wprost zastosować rozbudowanych lub jednorodnie długich ciągów odstawy. Są oczywiście zakłady, które pracują nad strategią systemów odstawczych i tam moŝna stosować układy zasilania np. z przekształtnikami częstotliwości. Ale czasem zamiast podejmowania stosunkowo drogich inwestycji w postaci wyrobisk dedykowanych do wykonania odstawy zbiorczej, rejonowej (przyjmowany koszt wydrąŝenia 1mb wyrobiska w obudowie ŁP-9 wynosi od 5 do 2 zł zaleŝnie od warunków górniczych), warto zaadoptować istniejące wyrobiska udostępniając je do funkcji odstawczych rejonowych bez ponoszenia znaczących nakładów na drąŝenie specjalnych, oddzielnych wyrobisk odstawczych. NaleŜy jednak wówczas przyjąć do realizacji stosunkowo skomplikowany układ budowy przenośników taśmowych w krótkich wyrobiskach o zróŝnicowanym stopniu nachylenia czyli wymagających zabudowy wielu niewielkich przenośników taśmowych.

2 9 Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne Nr 89/211 W kaŝdym przypadku przyjęcie określonego rozwiązania wymaga przeprowadzenia szczegółowej analizy techniczno- ekonomicznej w określonych warunkach zakładu górniczego. Określone szczegółowe przypadki mogą powodować konieczność udziału jednostek naukowych lub badawczo rozwojowych. Z tych analiz moŝna wnioskować, Ŝe naleŝy wydrąŝyć określoną ilość wyrobisk do przygotowania odstawy zbiorczej i zabudować w nich wysokowydajne przenośniki taśmowe napędzane poprzez przekształtniki częstotliwości, czy teŝ dobudować fragment wyrobisk z zabudowaniem w nich niewiele większej ilości przenośników taśmowych, w których funkcja łagodnego rozruchu realizowana będzie z wykorzystaniem sprzęgieł Voitha, rozruszników tyrystorowych czy teŝ moŝe być wystarczające będzie zastosowanie silników dwubiegowych [6]. 2. Aparatura budowy przeciwwybuchowej do współpracy z przenośnikami taśmowymi Praktycznie wszyscy wiodący producenci aparatury budowy przeciwwybuchowej posiadają w swojej ofercie wiele propozycji do zastosowania do przenośników taśmowych. Wymagania rynku są takie, Ŝe nawet najprostsze przenośniki wymagają przygotowania aparatury zasilającej na wymiar. Nie dziwi więc fakt, iŝ praktycznie od powstania w 1991 roku dopracowano się w firmie Elgór+ Hansen z Chorzowa całej szerokiej i rozbudowanej palety urządzeń przeznaczonych do współpracy z napędami przenośników taśmowych stosowanych w odstawie oddziałowej, rejonowej oraz odstawach głównych zakładów górniczych i to zarówno w Polsce, jaki i poza jej granicami [6]. W 1999 roku Elgór + Hansen skoncentrował się na zaprojektowaniu i wdro- Ŝeniu rozruszników tyrystorowych na napięcie 5V i 1V zarówno do zasilania przenośników taśmowych, jak i zgrzebłowych z powodzeniem wdraŝając je w zakładach górniczych. Z kolei doświadczenia zdobyte na tym polu pozwoliły firmie na opracowanie i wdroŝenie rozruszników tyrystorowych na napięcie 3,3kV do zasilania i sterowania przenośników zgrzebłowych ścianowych i podścianowych w wysokowydajnych kompleksach ścianowych zasilanych napięciem 3,3kV oraz pozwoliły na opracowanie i wdroŝenie rozruszników tyrystorowych na napięcie 6kV, które znalazły zastosowanie do zasilania napędów przenośników taśmowych w kopalniach koncernu Workuta Ugol w Federacji Rosyjskiej. Rozruszniki tyrystorowe budowy przeciwwybuchowej, z uwagi na rozwój energoelektroniki i systemów sterowania mikroprocesorowego, są obecnie bardzo interesującą propozycją dla wysokowydajnych przenośników taśmowych nie generującą zbędnych kosztów, a ich uŝytkownicy stawiają im coraz to nowe zadania do realizacji zróŝnicowanych przedsięwzięć. Standardem staje się wymóg monitorowania i transmisji danych o pracy maszyny na powierzchnię kopalni w dowolnym systemie transmisji stosowanym w zakładzie górniczym. Rozruszniki muszą zapewniać wysoki poziom niezawodności nawet w ekstremalnych sytuacjach przeciąŝeń napędów głównych przenośników taśmowych. Szeroko rozumiana niezawodność to realizacja wielokrotnych łagodnych rozruchów silników napędów głównych przenośników taśmowych. Systemy zasilania przenośników muszą zapewniać absolutną odporność na zakłócenia sieciowe, a same rozruszniki nie powinny generować nadmiernych zakłóceń do sieci elektroenergetycznej, z której są zasilane. Wszystkie bez wyjątku produkowane przez Elgór+ Hansen, rozruszniki tyrystorowe są wyposaŝone w separator transmisji danych typu EH- O/3/2, który przekazuje na zewnątrz urządzenia sygnały iskrobezpieczne w standardzie RS 485 o pracy urządzenia, w szczególności: stan pracy podstawowych podzespołów, stan pracy zabezpieczeń oraz wartości parametrów napięcia i prądów obciąŝeń poszczególnych odpływów. Tak zaproponowany system umoŝliwia dostosowanie się do dowolnego stosowanego w zakładzie górniczym systemu transmisji danych na powierzchnię. Dzięki temu moŝna dowolnie realizować wizualizację maszyn według systemu wybranego przez zakład górniczy Rozruszniki tyrystorowe budowy przeciwwybuchowej Obecnie w ofercie firm około górniczych znajduje się cała gama niskonapięciowych rozwiązań rozruszników tyrystorowych. Oferta Elgór+ Hansen jest takŝe w tym zakresie szeroka: a) małogabarytowy rozrusznik tyrystorowy typu EH-KK A1(rys ) z jednym blokiem tyrystorowym o prądzie znamionowym 45A, który zapewnia realizację łagodnego rozruchu dwóch silników napędu głównego przenośnika taśmowego.

3 Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne Nr 89/ b) rozruszniki tyrystorowe niskiego napięcia z dwoma blokami tyrystorowymi o prądzie znamionowym 45A lub 63A, z których kaŝdy zapewnia realizację łagodnego rozruchu tyrystorowego dwóch silników napędu głównego przenośnika taśmowego. Jest to rozrusznik tyrystorowy w obudowie średniej typu EH-d2-R/1,//2.1 oraz EH-d2- R/1,//3.1 [3], c) zintegrowany rozrusznik tyrystorowy niskiego napięcia typu EH-d2-W/1,//4.1 (rys.2.1.3) przeznaczony do współpracy z czterema silnikami napędu głównego przenośnika taśmowego o łącznym prądzie znamionowym 45A oraz EH-d2- W/1,//5.1 przeznaczony do współpracy z czterema silnikami napędu głównego przenośnika taśmowego o łącznym prądzie znamionowym 63A, kaŝdy z nich wyposa- Ŝony w układ do współpracy z rewersyjną dwusilnikową stacją napinającą przenośnika oraz układem zasilania hamulców i instalacji oświetleniowej przenośnika. Rozruszniki te są rozrusznikami dwutorowymi, gdzie w jednym torze umieszczono układ dla napędów głównych przenośnika, a drugi tor przeznaczony jest dla stacji napinającej, hamulców i oświetlenia, d) rozrusznik tyrystorowy typu EH-d2- R/1,//7.1 wyposaŝony w dwa bloki tyrystorowe o prądzie znamionowym 2A kaŝdy oraz w układ zapewniający rewersyjną pracę stacji napinającej napędzanej dwoma silnikami o mocy 3kW kaŝdy. Rozrusznik ten zastosowano do zasilania przenośnika rewersyjnego w ciągu odstawy pomiędzy połączonymi kopalniami Zofiówka i Borynia. Przełączanie napędów przenośnika jest zaleŝne od warunków wydobywczych kopalni połączonej. Jest to typowy, dedykowany do realizacji określonych działań rozrusznik tyrystorowy, eksploatowany od marca 21 roku. (rys.2.1.2), Rys Schemat ideowy rozrusznika tyrystorowego typu EH-KK A1 Rys Schemat ideowy rozrusznika tyrystorowego typu EH-d2-W/1,//7.1 e) rozrusznik tyrystorowy typu EH-d3- R/1,//.1.1 wyposaŝony jest w układ dwóch bloków tyrystorowych o prądzie znamionowym 63A, styczników próŝniowych HR-VS 63A umoŝliwiających połączenie z jednego bloku 2 silników 4kW kaŝdy, wyposaŝony jest takŝe w układ z moŝliwością rewersji stacji napinającej napędzanej dwoma silnikami, czterech hamulców oraz jest on wyposaŝony w dwa niezaleŝne obwody 42V do zasilania systemu automatyki i podtrzymania systemu hamulców przenośnika. Na rys oraz przedstawiono schemat ideowy oraz wymiary rozrusznika typu EH-d3- R/1,//1.1. Rys Schemat ideowy rozrusznika tyrystorowego typu EH-d3-R/1,//1.1 Rys Wymiary gabarytowe rozrusznika typu EH-d3-R/1,//1.1

4 92 Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne Nr 89/211 f) w ofercie Elgór+ Hansen znajdują się teŝ rozruszniki tyrystorowe przeznaczone do współpracy z napędami głównymi przenośników taśmowych wyposaŝonymi w silniki na napięcie 6kV, rozruszniki te z powodzeniem pracują w ciągach odstawy głównej w kopalniach koncernu Workuta Ugol w Federacji Rosyjskiej. W rozrusznikach serii d2 oraz d3 niskiego napięcia zastosowano na kaŝdym torze przełącznik rozłącznikowy- aparat, który z uwagi na parametry techniczne zapewnia wyjątkową pewność ruchową urządzenia oraz zabezpieczenia elektroenergetyczne, które pozwalają na ich parametryzację spoza urządzenia- w sposób zdalny Zestawy manewrowe dla współpracy z napędami przenośników taśmowych Jak wspomniano we wstępie nie zawsze konieczne jest wykonanie układu odstawczego przenośników taśmowych z zaawansowanymi układami łączeniowymi, nie wszystkie nowe odstawy oddziałowe czy nawet główne w podziemiach kopalń wymagają zastosowania przekształtników. stnieją zakłady górnicze, w których po dokonaniu analizy ekonomiczno- technicznej budowane są układy odstawy urobku z wykorzystaniem silników dwu- biegowych. Przenośniki taśmowe wyposaŝone w silniki dwubiegowe są w tych zakładach górniczych urządzeniami odpowiedzialnymi za wynik ekonomiczny. Prostota budowy i działania w tym niezawodność pracy przenośnika taśmowego z napędami wyposaŝonymi w silniki dwubiegowe przy rzeczywistym wymiernym ograniczeniu kadry technicznej obsługującej odstawę, moŝliwość wydłuŝenia częstości przeglądów skutkuje utrzymaniem standardów, które spełniają określony poziom nowoczesności. Nowej generacji układy posiadają szeroką moŝliwość uzyskania szybkiej i pełnej informacji tak niezbędnej dla reakcji w przypadku stanów zakłóceniowych. Przenośniki taśmowe z zastosowanymi do ich napędu silnikami dwubiegowymi w znaczącym stopniu realizują zadania stawiane z jakimi naleŝy się zmierzyć w systemach odstawy urobku. Dzięki swojej prostocie czas przestojów jest ograniczony do absolutnego minimum, słuŝby techniczne mają moŝliwość ciągłego, zdalnego monitorowania pracy odstawy oraz zdalnego jej parametryzowania. Stąd istotnym jest posiadanie w ofercie firmy- producenta aparatury elektrycznej budowy przeciw-wybuchowej zestawów manewrowych, które by w pełni spełniły wymagania do współpracy z przenośnikami taśmowymi. Podobnie jak ma to miejsce w przypadku rozruszników tyrystorowych, takŝe tutaj oferta firm około górniczych jest bardzo szeroka. W ofercie Elgór+ Hansen naleŝy wymienić: a) wyłącznik stycznikowy typu EH-KK A4, o prądzie znamionowym 5A wyposaŝony w układ dla dwóch silników jednobiegowych oraz układ do realizacji rewersji załączania stacji napinającej. Schemat ideowy wyłącznika przedstawiono na rys Znaczącą zaletą prezentowanego wyłącznika są jego wymiary gabarytowe. b) zestaw manewrowy typu EH-d2- W/1,//6.1, umoŝliwiający łączenie dwóch silników dwubiegowych napędów głównych przenośnika taśmowego, łączenie z moŝliwością rewersji dwusilnikowej stacji napinającej przenośnika. Zestaw jest wyposaŝony w transformator pomocniczy o napięciach dolnych 23V oraz 42V dla zasilania urządzeń pomocniczych i układu automatyzacji przenośnika taśmowego [4]. 3. Zestaw manewrowy typu EH-d2- W/1,//6.1 zastosowany dla przenośników taśmowych odstawy zbiorczej w JSW S. A. KWK Borynia Zofiówka 1 stycznia 211r. nastąpiło połączenie kopalń węgla kamiennego Borynia i Zofiówka w kopalnię zespoloną KWK Borynia Zofiówka, powodując tym samym zwiększenie obszaru górniczego. Warunki górniczo - geologiczne zalegania złoŝa występujące w JSW S.A. KWK Borynia- Zofiówka skutkują koniecznością prowadzenia bardzo zmiennych pod względem upadów i wzniosów oraz długości wyrobisk udostępniających. Kopalnia obecnie jest obecnie zakładem górniczym z dwoma ruchami z podziemnym połączeniem wyrobisk od dnia połączenia moŝliwe jest kierowanie części urobku, w zaleŝności od uwarunkowań na ruch Zofiówka lub ruch Borynia. Zadania stawiane przed odstawą urobku, poprzedzone szczegółową i wnikliwą analizą techniczno-ekonomiczną wymuszają projektowanie i budowę odstaw opartych o róŝnorodne rozwiązania konstrukcyjne zarówno co do długości, jak i mocy jednostek napędowych stosowanych przenośników taśmowych.

5 Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne Nr 89/ Po przeprowadzeniu wielu analiz wspólnie z przedstawicielami kopalni firma Elgór+ Hansen zaproponowała w 27 roku zarówno dla krótkich, jak i długich, napędzanych silnikami dwubiegowymi przenośników taśmowych zestaw manewrowy typu EH-d2-W/1,//6.1. Tego typu rozwiązania z powodzeniem zostały zastosowane do budowy wspomnianej juŝ odstawy zbiorczej pomiędzy ruchem Zofiówka i ruchem Borynia, odstaw z wysokowydajnych kompleksów ścianowych w tym takŝe kompleksu strugowego, oraz odstawy przodkowej. Z perspektywy prawie 4 lat opisywany zestaw manewrowy w pełni spełnił wymagania podane w załoŝeniach zapewniając róŝnorodność rozwiązań, bezawaryjną pracę, a poprzez zmianę prędkości przenośnika zmniejszenie zuŝycia taśmy i elementów mechanicznych. Dotychczas dostarczono dla kopalni Borynia- Zofiówka 15 sztuk zestawów, a kolejne 4 sztuki zostaną uruchomione w ciągu odstawy w roku 212 oraz 212. Poza kopalnią Borynia-Zofiówka zestaw manewrowy typu EH-d2-W/1,//6.1 zastosowany został w innej kopalni JSW S. A. KWK Jas-Mos, a takŝe w Południowym Koncernie Węglowym w ZG Sobieski. Ognioszczelny zestaw manewrowy typu EH-d2- W/1,//6.1 jest zestawem opracowanym na bazie obudowy średniej serii EH-d2. Dane techniczne zestawu są następujące: Znamionowe napięcie izolacji - 1V Znamionowe napięcie łączeniowe 1kV/5V Znamionowy prąd ciągły - 12A Znamionowy prąd ciągły toru rozłącznikowego - 6A Maksymalny prąd ciągły odpływów odpływ 111 -do 2A odpływ do 2A odpływ do 2A odpływ do 2A odpływ do 5A / 5V lub do 3A/1kV odpływ 311, do 12A lość odpływów głównych - 5 lość odpływów obwodów 23V - 2 Max. moc odbiornika zewnętrznego obwodu 42V - 2x 125VA Zwarciowa zdolność łączeniowa - 25kA, cosφ=,2 Masa - 16kg Rys Schemat ideowy zestawu manewrowego typu EH-d2-W/1,//6.1 Rys Wymiary gabarytowe zestawu manewrowego typu EH-d2-W/1,// Wnioski Wyzwania jakie stawia ekonomika przedsiębiorstw przemysłowych, a w szczególności zakładów górniczych wymuszają wielokrotnie działania ponadstandardowe [5]. Obecnie uŝytkownicy coraz częściej oczekują urządzeń ściśle dedykowanych spełniających wszelkie wymagania zamawiającego. Jednocześnie warunkiem powodzenia przedsięwzięcia dla wykonawcy jest maksymalne spełnienie oczekiwanych rozwiązań technicznych. Obowiązujące przepisy górnicze i system obowiązkowej certyfikacji urządzeń nie sprzyjają szybkim działaniom dostosowania opracowanych wcześniej rozwiązań do oczekiwań potencjalnego klienta. Wymagania rynkowe dedykowanych urządzeń w tym konieczność utrzymania konkurencyjnej ceny urządzenia wymuszając obniŝenie kosztów bez obniŝenia jakości wyrobów jest związane w znaczącym stopniu z unifikacją podzespołów. Gdy do tego doliczyć ilość płaszczyzn, na których naleŝy przygotować te dedykowane i jednocześnie produkowane w ilościach jednostkowych wyroby to moŝna stwierdzić, Ŝe wykonawcy maszyn i urządzeń dla przemysłu wydobywczego stoją przed nie lada wyzwaniem. Taka sytuacja pozwala jednak rozwijać się z powodzeniem w głównej mierze producentom liderom, a nie niewielkim firmom, z małym doświadczeniem, bez zaplecza finansowego, które to zaplecze zapewnia chociaŝby

6 94 Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne Nr 89/211 gwarancję właściwej jakości usług serwisu gwarancyjnego i pogwarancyjnego. Tylko firmy z dobrym zapleczem inŝynierskim, technicznym, finansowym, firmy z doświadczeniem w branŝy mogą stabilnie działać na rynku takŝe pozyskać zaufanie zakładów górniczych. Standardem jest przedstawienie oferty do nawet najbardziej wyrafinowanego przedsięwzięcia, ale i zaoferowanie urządzenia stosunkowo prostego rozwiązania gwarantującego sukces ekonomiczny. Wydaje się, Ŝe firma Elgór+ Hansen w całej rozciągłości spełnia aktualne wymagania swoich partnerów handlowych. NaleŜy tutaj podkreślić, Ŝe kaŝde z rozwiązań proponowanych dla zakładów górniczych spełnia wszelkie obostrzenia i kryteria doboru związane nie tylko w zakresie spełnienia parametrów technicznych z monitorowaniem i zdalną parametryzacją parametrów pracy, ale równieŝ w zakresie szkolenia obsługi i serwisu. Prowadzone w Elgór + Hansen prace rozwojowe dotyczące funkcjonowania odstawy urobku powinny pozwolić na realne wprowadzenie układów z ciągłą regulacją prędkości przenośników. JednakŜe warunkiem koniecznym wprowadzenia takich układów musi być wymierność ceny systemów w przeliczeniu na osiągane zyski. Wydaje się, Ŝe w obecnej sytuacji rynkowej prowadzenie kolejnych rozwiązań doświadczalnych jest z pewnością zbyt ryzykowne. Literatura [1]. Antoniak J.: Porównanie napędów ścianowych przenośników zgrzebłowych. Maszyny górnicze 3 (65) czerwiec [2]. Kubański R., Chodakowski A.: Wybrane zagadnienia sterowania maszyn górniczych za pomocą rozruszników kopalnianych nowej generacji. Mechanizacja i automatyzacja górnictwa 1/ [3]. ELGÓR+ HANSEN Sp. z o. o. : O rozrusznika tyrystorowego typu EH-d2-R/1,//2.1, EH-d2- R/1,//3.1, EH-d2-R/1,//4.1, EH-d2- R/1,//7.1. [4]. ELGÓR+ HANSEN Sp. z o. o. : O zestawu manewrowego EH-d2-W/1,//6.1. [5]. Czechowski A., Macierzyński D. Nowoczesne układy sterowania i zasilania przenośników taśmowych i zgrzebłowych w górnictwie węglowym. Rozruszniki tyrystorowe w układach zasilania przenośników. Mikroprocesorowy układ automatyzacji ciągu przenośników z wizualizacją procesu typu EH- APD 1. (KKEG Szczyrk 21). [6]. Mrukwa M., Jędruś T., Macierzyński D. Zasilanie i sterowanie przenośników taśmowych w zakładach górniczych wydobywających węgiel kamienny z wykorzystaniem nowej generacji łączników (Kom- Tech 29 Szczyrk) październik 29. [7]. Serafin R., Jędruś T., Macierzyński D. Zasilanie i sterowanie przenośników taśmowych w zakładach górniczych wydobywających węgiel kamienny z wykorzystaniem nowej generacji łączników. (Problemy Eksploatacji Maszyn i Napędów Elektrycznych KOMEL 21 Rytro) maj 21.